Brachycephalus
e
sUA
ImPOrtânCIA
PArA
O
mOnOFILetIsmO
DO
gênerO
IntrODUçãO
talvez em nenhum outro grupo de tetrápodes a evolução para redução de tamanho corporal tenha resultado em tantos exemplos de padrões, aparentemente convergentes, de perda e/ou redução de elementos ósseos como nos anfíbios (Alberch, 1980; Alberch, 1981; Alberch e gale, 1985; trueb e Alberch, 1985; yeh, 2002). A redução e ausência de estruturas morfológicas por vezes levam taxonomistas a diferentes opiniões sobre a composição
de grupos de espécies miniaturizadas, graças as diferenças na forma de interpretação da ausência, seja como convergência ou como perda homóloga. Os menores anuros da América do sul (atelopus, Brachycephalus, Dendrophryniscus, melanophryniscus, Oreophrynella) por décadas foram alvos de discussões acerca de suas posições taxonômicas (ver histórico em mcDiarmid, 1971). nestes debates incluíram-se também os gêneros euparkerella (Izecksohn, 1998) e Truebella (graybeal e Cannatella, 1995).
no início dessa década, novas relações entre esses grupos foram propostas com base em análises que comparam uma grande diversidade de taxa, utilizando dados de seqüência de DnA (Darst and Cannatella, 2004; Frost et al., 2006), que estariam livres dos efeitos das convergências morfológicas ligadas à miniaturização. Dentre os vários rearranjos taxonômicos propostos por estes trabalhos, destacamos o agrupamento de Brachycephalus com leptodactylideos (eleutherodatylinae). A hipótese de proximidade filogenética entre os gêneros Brachycephalus e euparkerella, um gênero miniaturizado de leptodatylidae, já havia sido proposta por Izecksohn (1971; 1988). Posteriormente, essa hipótese ganhou algum suporte (Pombal et al., 1998; giaretta e sawaya, 1998), até que recentemente foi corroborada por outros conjuntos de dados (Darst e Cannatella, 2004; Frost et al., 2006).
Caso os resultados de Frost et al. (2006) sejam corroborados por outros conjuntos de evidências e passem a ser amplamente aceitos, a classificação dos anuros sofrerá um completo rearranjo, inclusive na família Brachycephalidae, que passaria a abrigar os gêneros
eleutherodactylus, euhyas, euparkerella, Geobatrachus, holoaden, Oreobates, pelorius, phrynopus, phyllonastes, phyzelaphryne, e syrrhophus.
O monofiletismo da maioria desses gêneros ainda depende de confirmação, uma vez que nem todos foram incluídos nas análises de Frost et al. (2006). Por sua vez, o monofiletismo de Brachycephalus é suportado pela ausência de esterno, redução de dígitos, e ossificação completa da cartilagem epicoracóide e clavículas (Izecksohn, 1971; Ford e Cannatella, 1993). Um padrão similar de redução de dígitos tem sido usado como evidência para a hipótese de proximidade filogenética entre os gêneros adeloprhyne, euparkerella, e Brachycephalus (Frost et. al., 2006). no entanto, um estudo comparativo dos padrões de redução de dígitos não foi realizado ainda, e a maioria do que é assumido para todo o gênero é baseado apenas em B. ephippium. todas essas hipóteses recentes e rearranjos taxonômicos aumentam a importância e a necessidade de investigação desse grupo de anuros, a fim de identificar evidências do relacionamento desses grupos.
Durante as investigações sobre a osteologia do crânio de Brachycephalus, descobrimos um novo grupo de caracteres na região auditiva desse grupo. embora a morfologia desta região já tenha sido descrita por McLachlan (1943), sua significância para a sistemática do grupo ainda não havia sido considerada, uma vez que à época, o gênero Brachycephalus era monotípico. O objetivo deste capítulo é descrever a osteologia da região auditiva das espécies do gênero Brachycephalus, comparando-a com outras espécies miniaturizadas, e avaliamos sua significância para a sistemática do grupo. Além disso, analisaremos os dados disponíveis na literatura acerca da redução de dígitos e re-avaliaremos sua importância para sistemática dos taxa envolvidos.
mAterIAIs
e
mÉtODOs
As amostras foram submetidas às técnicas de diafanização e dupla coloração por Alcian Blue e Alizarina, e maceração, seguindo os mesmos procedimentos descritos no capítulo 1. Os espécimes analisados neste estudo (Apêndice 1) foram depositados nas
seguintes coleções herpetológicas: Antonio sebben, Laboratório de Anatomia Comparativa de Vertebrados, Departamento de Ciências Fisiológicas, Universidade de Brasília (As); eugenio Izecksohn, Universidade Federal rural do rio de Janeiro (eI); Coleção herpetológica da
Universidade de Brasília, Departamento de Zoologia, Universidade de Brasília (ChUnB) e museu nacional - UFrJ, Departamento de Vertebrados (mnrJ). Utilizamos a nomenclatura osteológica apresentada em Duellman e trueb (1986). Para facilitar as comparações, nos resultados incluímos um resumo da morfologia da região auditiva de anuros, baseado no texto de Duellman e trueb (1986) e no estudo de Vorobyeva e smirnov (1987). Para fórmula das falanges e contagem de dígitos, assumimos que nas mãos de anuros o dedo I foi perdido (sensu Alberch e gale, 1985) e portanto, o dedo mais perto de prepólex é o dedo II.
resULtADOs
O
OUVIDOmÉDIO eexternODeB
rachycephalusO teto da cavidade oral de todas as espécies examinadas de Brachycephalus não apresenta óstio faríngeo. externamente, nenhum delas apresenta tímpano. Do ouvido médio estão ausentes também o anel timpânico e a columela. em Brachycephalus ephippium de diferentes localidades amostradas, a placa parótica cobre lateralmente a região ótica (conforme descrito no capítulo 1).
no ouvido médio, na porção posterior da cápsula ótica, próxima à janela oval (Fig. 1A) tem forma circular e está coberta pelo opérculo, que é bastante ossificado (Fig. 1). Encontramos uma configuração similar em B. bruneus, B. didactylus, B. ephippium (de várias localidades), B. nodoterga, B. pernix, B. cf. vertebralis e B. vertebralis. em todas essas espécies o opérculo apresenta uma forma cônica, apresentando uma projeção medial ossificada que se estende posteriormente (Fig. 1B). É nesse processo que o músculo opercular se origina (Fig. 2A e 2B). O grau de coloração por alizarina varia em algumas espécies, o que indica uma possível variação no grau de ossificação do opérculo.
Destaca-se ainda a posição da cápsula ótica e da crista parótica, que em
Brachycephalus estão reorientadas em um ângulo de aproximadamente 45° em relação plano
sagital do crânio. Como resultado, o ouvido médio (que em Brachycephalus é representado pelo opérculo e janela oval) é reorientado mais posteriormente do que lateralmente, do que em outros anuros (Fig. 1 e 2A). este rearranjo tem como conseqüência um encurtamento da distância entre a janela oval e o forame da veia jugular (Fig. 1A). Podemos inferir que houve também um encurtamento relativo da distância entre o opérculo e a supra-escápula, com um
conseqüente encurtamento do músculo opercular.
A análise das fórmulas das falanges da mão e pé de B. hermogenesi, B. nodoterga, e
B. vertebralis são apresentadas na tabela 2, juntamente com os dados compilados de diversos
autores.
tabela 2- Fórmula das falanges da mão e do pé de espécies de adelophryne, Brachycephalus e euparkerella.
espécies Fórmula da falange referências
mão pé
a. adiastola 2-2-3-2 2-2-3-4-3 (da silva e meihardt 1999)
B. alipioi 1-2-3-1 0-2-3-4-1 (Pombal e gasparini, 2006)
B. brunneus 1-2-3-1 0-2-3-4-0 (ribeiro et al., 2005)
B. didactylus 1-2-3-1 1-2-3-4-1 (Izecksohn 1971)
B. ephippium 1-2-3-1 1-2-3-4-2 (1-2-3-4-1)+ (Alberch e gale 1985, Izecksohn 1988)
B. ferruginus* 1-2-3-1 1-2-3-4-1 (Alves et al., 2006)
B. hermogenesi 1-2-3-1 0-2-3-4-2 Presente trabalho
B. izecksohni 1-2-3-1 0-2-3-4-0 (ribeiro et al., 2005)
B. nodoterga 1-2-3-1 1-2-3-4-1 Presente trabalho
B. pernix 1-2-3-1 1-2-3-4-0 (Pombal et al., 1998)
B. pombali* 1-2-3-1 1-2-3-4-1 (Alves et al., 2006)
B. cf. vertebralis 1-2-3-1 0-2-3-4-1 Presente trabalho
e. brasiliensis 2-2-3-2 2-2-3-4-3 (Lynch 1971; Izecksohn 1988)
e. cochranae, 2-2-3-2 2-2-3-4-3 (Izecksohn 1988)
e. robusta, 2-2-3-2 2-2-3-4-3 (Izecksohn 1988)
e. tridactyla 2-2-3-2 2-2-3-4-2 (Izecksohn 1988)
(*) indicam discrepâncias entre ilustrações e descrições presentes nos artigos e descrições originais;
(+) indica variações encontradas em algumas populações de B. ephippium.
DIsCUssãO
O
OUVIDOmÉDIO eexternODeAnUrOsA estrutura do aparato auditivo de anuros, exemplificada na imagem de Barycholos
ternetzi (Fig. 2C), geralmente é composta por uma membrana timpânica que, por sua vez, é
sustentada pelo anel timpânico. este tem forma de cone e é formado por tecido cartilaginoso. Internamente, ligam-se ao tímpano um primeiro sistema de condução de som formado pela extracolumela (pars externa plectri) e columela (pars media plectri). este sistema conduz as vibrações sonoras com freqüências superiores á 1000 hz para a cápsula ótica (Duellman e trueb, 1986). A extremidade medial da columela se liga à janela oval (fenestra ovalis), por
Figura 1. A-Vista posterior do crânio de Brachycephalus ephippium, em posição equivalente ao decúbito dorsal, de exemplar macerado: 1- Janela oval; 2- placa parótica; 3- forâme da veia jugular; 4- côndilo occipital; 5- forâme magno. B- Vista ventral de crânio diafanizado de
Brachycephalus pernix: 1- Opérculo; 2- processo posterior; 3- cápsula ótica; 4- esquamosal; 5
quadradojugal; 6- paraesfenóide. Barras equivalem à 1mm.
A
Figura 2. A e B- Vistas ventrais da região posterior do crânio e cintura escapular de microdis- secção a fresco Brachycephalus ephippium, evidenciando o sistema opérculo, m. escapular e supraescápula (deslocada). B- Vista ventral de exemplar diafanizado de Barycholos ternetizi: 1- Anel timpánico; 2- janela oval; 3- columela; 4- esquamosal; 5- exoccipital; 6- atlas.
c 7 A B m.opercular m.opercular opérculo I II III supra-escápula opérculo supra-escápula I II
onde as vibrações são conduzidas aos fluidos presentes no ouvido interno que, por sua vez, irão estimular a membrana basilar. Paralelamente a esse sistema de condução de vibrações aéreas, os anuros apresentam outras estruturas capazes de captar vibrações com freqüências inferiores a 1000 hz, provenientes do substrato. Deste sistema participa o opérculo, uma estrutura geralmente cartilaginosa que ocupa grande parte da janela oval,em posição adjacente à columela. em anuros, o opérculo se conecta à supra-escápula através do músculo opercular (Vorobyeva e smirnov, 1987). As vibrações sonoras seriam captadas pelos membros
anteriores, conduzidas à supra-escápula, depois ao músculo opercular, e posteriormente para o opérculo. Do opérculo, as vibrações são transmitidas aos líquidos do ouvido interno, que estimulam a membrana basilar, exclusiva de anfíbios.
existe uma relação entre o tamanho do tímpano e o tamanho da janela oval, onde o tímpano é relativamente maior do que a janela oval. Provavelmente esta diferença de tamanho é importante para o sistema de pareamento de impedância, que minimiza o efeito da diferença de impedância entre o ar e os fluidos do ouvido interno (Duellman e Trueb, 1986). Este padrão morfológico é comum à maioria dos anuros. no entanto, alguns poucos grupos apresentam perda ou redução de elementos do ouvido médio (trueb e Alberch, 1985; graybeal e
Cannatella, 1995; yeh, 2002; roth et al., 1992), incluindo Brachycephalus (mcLachan, 1943). Adicionalmente, o ouvido médio apresenta ainda um sistema de equalização de
pressão formado pelo tubo de eustáquio, que conecta o ouvido médio à cavidade oral através de uma abertura no teto da boca, próximo à glote, conhecido como óstio faríngeo. este sistema não está presente em bufonídeos de pequeno porte (mcDiarmid, 1971; graybeal e Cannatella, 1995), em Brachycephalus (mcLachlan, 1943), em microhilídeos (yeh, 2002) e em vários outros anuros que não apresentam ouvido médio (ver em Lombard and straughan, 1974). Curiosamente, alguns pipídeos apresentam um único ostio faríngeo medial (Cannatella e trueb, 1988).
Quando comparamos nossas observações da região auditiva das amostras de
Brachycephalus aqui analisadas com as quatro recentes descrições de espécies de
Brachycephalus (ribeiro et al., 2005; Alves et al., 2006) notamos uma discrepância. em
ambos os trabalhos os autores mencionam que as espécies lá descritas não possuem nenhum elemento do aparato auditivo relacionado ao ouvido médio (o que implicaria na ausência do opérculo). tivemos a oportunidade de examinar um espécime diafanizado de B. brunneus,
e nesse espécime encontramos o opérculo com a forma similar ás observadas nas demais espécies de Brachycephalus. Assim, decidimos por assumir que a configuração de ouvido médio que descrevemos nos resultados se aplicariam à todas espécies de Brachycephalus, e que as observações feitas pelos autores há pouco mencionados estão, possivelmente, equivocadas.
Funcionalmente, nossas descobertas sugerem que, embora exista o consenso de que a audição de vibrações conduzidas pelo ar ocorra via sistema tímpano-columela, e que o opérculo serviria apenas para captação de vibrações de baixa frequência (< 1000hz), que se propagam pelo substrato (Duellman e trueb, 1986; Vorobyeva e smirnov, 1987), este não parece ser o caso das espécies de Brachycephalus. segundo Pombal et al. (1994), B.
ephippium emite vocalizações acima de 4000hz. sendo assim, na ausência do sistema
tímpano-columelar, o sistema opérculo-braquial, através do m. opercular deve estar
funcionando para conduzir vibrações de alta freqüência para o ouvido médio. esta sugestão por sua vez, poderia indicar que embora tenham perdido quase toda o ouvido médio, as espécies de Brachycephalus não seriam surdas.
A redução da distância entre o opérculo e a supra-escápula, resultante da rotação da cápsula ótica e janela oval, pode ser uma maneira de encurtar o caminho que o som deve percorrer até chegar no ouvido interno. hetherington et al. (1986), propuseram que o sistema opercular poderia também funcionar conduzindo o som até o ouvido interno, em anuros que não possuem columela e tímpano.
A hipótese de audição via sistema opercular em Brachycephalus ainda presisaria ser testada. Futuramente devemos investigar se estruturas relacionadas ao ouvido interno de alguns braquicefalídeos apresentam mudanças em relação a outros anuros. Devemos investigar, ainda, os outros anuros que também não apresentam columela e tímpano, como alguns bufonídeos (Truebella, atelopus, Dendrophryniscus, melanophryniscus,
Oreophrynella), e microilídeos. se essas espécies realmente vocalizam, podemos usá-las
como modelo para testar essas hipóteses.
A ausência da columela foi positivamente relacionada com a miniaturização (yeh 2002). Considerando a hipótese filogenética e a classificação resultante apresentada por Frost
et al. (2006), na qual a maioria dos taxa com perda e/ou redução de elementos do ouvido
elementos do ouvido médio evoluiu independentemente. note que os grupos irmãos dos taxa que perderam elementos do ouvido médio, apresentam aparato auditivo completo. A evolução de tamanhos de corpos pequenos pode limitar o desenvolvimento dessas estruturas (hanken e Wake, 1993, yeh, 2002).
Podemos ainda nos atentar às limitações mecânicas que devem atuar, impondo limites referentes às relações entre os tamanhos dos componentes do aparato auditivo (Duellman e trueb, 1986). À medida que os anuros tornaram-se menores ao longo do processo evolutivo, estabeleceu-se um limiar de tamanho relativo do corpo, da janela oval, do tímpano e da columela, que possibilitaria a condução do som com eficiência. Portanto, deve haver um limite de tamanho de corpo, capaz de comportar um sistema tímpano-columelar em condições de conduzir o som adequadamente. Quando o som percorre meios com diferentes densidades, no caso o ar e os fluidos da cápsula ótica, ocorre perda de energia devido a maior impedância (resistência à condução do som) do meio líquido. Para compensar essa perda de energia, a área do tímpano dever ser um tanto maior que a área transversal da columela para que o som sofra um aumento de amplitude, compensando a perda de amplitude que ocorrerá na cápsula ótica.
A seleção natural para a eliminação do sistema tímpano-opercular e a interrupção do desenvolvimento em um ponto no qual apenas o opérculo é formado (o opérculo é
formado em um período bem anterior ao que a columela e tímpano são formados; Vorobyeva e smirnov, 1987), podem ter sido mecanismos importantes para a evolução deste tipo de padrão morfológico do aparato auditivo (Alberch et al., 1979, yeh, 2002). no entanto, estas possibilidades devem ser testadas experimentalmente e estatisticamente em um contexto filogenético.
As descobertas desse capítulo têm alguma importância no estabelecimento das relações de Brachycephalus. Pela primeira vez, desde que o gênero foi criado, um grupo de caracteres morfológicos, além de redução de falanges (Izecksohn, 1971, Alberch e gale, 1995) e fusão de elementos da cintura escapular (Izecksohn, 1971), esta sendo apresentado como corroboração do monofiletismo do gênero. Sendo assim, este trabalho propõe que a) a rotação relativa da cápsula ótica que resulta na orientação posterior da janela oval, e b) o fechamento completo da janela oval pelo opérculo, e c) a presença de um processo posterior desenvolvido no opérculo, onde o músculo opercular se origina, são todos caracteres únicos
para o gênero Brachycephalus e portanto suportam seu monofiletismo.
Baseando-se nas observações das descrições originais das espécies que pertencem ao gênero adelophyne, nota-se que todas elas apresentam tímpano e aparato auditivo completo (hoogmoed e Lescure, 1984; hoogmoed et al., 1994). embora não tenha sido possível acessar esqueletos de euparkerella, o exame de espécimes intactos de e. cochrane, e. robusta e e.
tridactyla mostram que estas espécies não apresentam tímpano, nem anel timpânico, ostio
faríngeo, tão pouco tuba de estáquio. Com base na ilustração do crânio de e. brasiliensis feita por Lynch (1971: Figura 100) é possível observar que nesta espécie a janela oval mantém a posição lateral e o opérculo não a cobre completamente. Alguns dos estados presentes em euparkerella (perda da maioria dos elementos do ouvido médio) podem servir como evidência de proximidade filogenética entre esses gêneros.
A recente proposta de que adelophryne e euparkerella são filogeneticamente próximos à Brachycephalus foi baseada em similaridades do padrão de perda de dígitos (Frost et al., 2006). A única espécie do gênero adelophyne cuja descrição osteológica da mão e do pé estão disponíveis é a. adisotola (da silva e meihardt, 1999). nessa espécie, a única redução presente de dígitos presentes na mão ocorre no dedo V, com a perda de uma falange, não havendo perda de falanges no pé. no gênero euparkerella existem informações para e. brasiliensis (Linch, 1971; Izeckson, 1988) e e. cochranae, e. robusta, e e. tridatyla, (Izecksohn, 1988). todas essas espécies apresentam apenas a perda de uma falange no dedo V da mão (fórmula 2-2-3-2). e. tridactyla apresenta ainda a perda de uma falange no artelho V no pé (fórmula 2-2-3-4-2), enquanto as demais espécies desse gênero apresentam a fórmula 2-2-3-4-3 para os artelhos.
A descoberta de novas espécies contribuiu para o aumento do conhecimento sobre a variabilidade de fórmulas de falanges de dedos e artelhos dentro do gênero Brachycephalus, no entanto a literatura é um tanto confusa e equivocada. Alguns artigos descrevem
textualmente uma configuração mas apresentam ilustrações com outra. Depois de três anos debruçando-se na osteologia desse grupo, percebe-se o quanto é fácil cometer erros como mover acidentalmente uma minúscula falange do dedo ou artelho de um Brachycephalus, durante as preparações osteológicas. Além disso, houve caso em que falanges terminais de um apêndice não apareciam, por estar pouco calcificada, enquanto que a equivalente, do outro apêndice, era plenamente visualizável (Fig. 3). sendo assim, assumimos que as discrepâncias
entre texto e figuras encontradas nos artigos de descrição sejam frutos desses tipos de ocorrências.
A partir do exame direto de espécimes diafanizados e da literatura, incluindo algumas das descrições originais, notamos que a fórmula das falanges da mão aparenta ser conservativa dentro do gênero Brachycephalus e diferente das encontradas nos gêneros
adelophyne e euparkerella (tab. 2). Adicionalmente, a perda de uma falange no dígito cinco
parece ser mais uma sinapomorfia do gênero.
Variações no número de falanges dos dedos, seguem um padrão mais complexo e podem ser outro indicativo de grupos monofiléticos de espécies dentro de Brachycephalus. Somente uma análise filogenética com a inclusão de um grupo de dados maior poderia elucidar a existência de tais grupos. É importante registrar que a variação encontrada na morfologia dos dígitos não corrobora a proximidade filogenética entre Brachycephalus e
adelophyne ou euparkerella como sugerido por Frost et al.(2006). serão necessárias ainda
Figura 3. Vista palmar dos pés direito (A) e esquerdo (B) de Brachycephalus hermogenesi. Setas indicam falanges não ossificadas no pé esquerdo, cujos correspondentes no pé direito estão completamente ossificadas.